DE2103407B2

DE2103407B2 - Mehrstufiger Verdichter

Info

Publication number: DE2103407B2
Application number: DE2103407A
Authority: DE
Inventors: Rene Dipl.-Ing. Winterthur Strub (Schweiz)
Original assignee: Brown Boveri Sulzer Turbomaschinen AG
Current assignee: Brown Boveri Sulzer Turbomaschinen AG
Priority date: 1971-01-20
Filing date: 1971-01-26
Publication date: 1975-10-30
Also published as: JPS5636314B1; US3795458A; DE2103407A1; GB1373177A; CA941807A; FR2122901A5; NL7102262A; CH533768A; IT946642B; NL149887B

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen mehrstufigen Verdichter, auf dessen Läufer einem axial durchströmten Niederdruckteil — dessen Stufen das Arbeitsmittel ohne Kühlung auf die höchst zulässige Temperatur verdichten — ein radial (bzw. diagonal) durchströmter Hochdruckteil folgi, wobei das Arbeitsmittel zwischen dem Niederdruck- und dem Hochdruckteil einen Zwischenkühler durchströmt.

Bei einer bekannten Verdichterbauart (Motor Technische Zeitschrift, Nr. 2, Februar 1952, S. 31 ff) wird unter Verzicht auf Leitungsteile, weiche als Diffusor wirkend einen wesentlichen Teil der Strömungsenergie in Druck umzusetzen vermöchten — das im Niederdruckteil verdichtete Mittel durch einen außerhalb des Verdichtergehäuses angeordneten, mit Rohren an das Verdichilergehäuse angeschlossenen Zwischenkühler in den Hochdruckteil geführt. Es tritt also mit einem um die entgangene Druckerhöhung in einem Diffusor und um den auf dem umständlichen Strömungsweg durch den Zwischenkühler entstandenen Druckabfall verminderten Druck in das erste Radialrad des Hochdruckteils. Das Volumen des Verdichtungsmittels ist diesem verminderten Druck entsprechend größer. Wegen der s° bei Radialverdichtern — bei gleicher Drehzahl und gleichem Raddurchmesser — gegenüber einem Axialverdichter geringern Schluckfähigkeit ist man genötigt, dem größeren Volumen entsprechend das Radialrad mit größerem Durchmesser als dem Durchmesser der Axialräder im Niederdruckteil auszubilden. Außerdem muß wegen der Notwendigkeit der umständlichen Rohrführung außerhalb des Verdichtergehäuses der Hochdruckteil in umgekehrter Richtung wie der Niederdruckteil durchströmt werden, was eine erhöhte Maschinenlänge oder die Notwendigkeit der Anordnung eines Wellenlagers innerhalb des Maschinengehäuses zur Folge hat.

Bei einer anderen bekannten Verdichterart (DT-OS 14 28 106) wird das zu verdichtende Mittel, überhaupt ⁶S ohne gekühlt zu werden, aus einem axialen Niederdruckteil, dem Läufer entlang direkt in den radialen Hochdruckteil geführt. Erst nach der ersten radialen Hochdruckstufe findet eine erste Zwischenkühlung statt. Die Unterschiede zwischen den Schluckfähigkeiten einerseits einer axialen Schwelung und andererseits einer radialen Schaufelung treten hier noch stärker in Erscheinung. Als Folge davon ist es notwendig. für die radialen Hochdruckräder einen wesentlich größeren Laufraddurchmesser einzuhalten, als für die axialen Niederdruckräder, so daß das Hochdruckgehäuse gegenüber dem Niederdruckgehäuse wesentlich umfangreicher wird und deshalb die Zwischenkühler getrennt vom Gehäuse aufgestellt werden müssen. Zudem verliert man noch die Möglichkeit einer vollständigen Ausnutzung des besseren Wirkungsgrades in den axialen Niederdruckstufen, weil die erste Zwischenkühlung erst nach der ersten Radialstufe erfolgen kann.

Schließlich war es auch an sich bekannt, zwischen zwei Stufen eines mehrstufigen reinen Radialverdichters das Verdickungsmittel vom Austritt aus einem Radialrad durch einen vom ganzen Radumfang nach außen führenden Kanal, einen daran anschließenden Umlenkteil und einen wieder nach innen zum Radumfang führenden Kanal dem nächstfolgenden Radialrad zuzuführen und in einem der Führungskanäle einen Wärmeaustauscher zur Zwischenkühlung des Verdichtungsmittels anzuordnen (CH-PS 3 57 138 und DT-PS 2 96 87] und 5 67 480). Das erste Laufrad war auf übliche Art zentral an eine Zufuhrleitung angeschlossen: axiaie Laufräder waren für solche Verdichter nicht vorgesehen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die durch die ungleichen Schluckvermögen axialer und radialer Laufräder verursachten Verluste auf einen Mindestwert zu bringen.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß zwischen dem letzten axialen Laufschaufelkranz und dem darauffolgenden ersten radialen (bzw. diagonalen) Laufrad ein mit dem Gehäuse verbundener, die axiale Strömung umlenkender erster Umlenkteil angeordnet ist. an den ein nach außen führender Kanal anschließt, der seinerseits über einen zweiten Umlenkteil in einen wieder nach innen führenden Kanal eintritt, welcher in das erste radiale (bzw. diagonale) Laufrad mündet und daß ferner mindestens einer der beiden Kanäle mindestens ein Kühlelement enthält.

Dadurch wird die am Austritt aus dem axialen Niederdruckteil noch enthaltene Strömungsenergie mit geringstem Verlust in Druckenergie umgesetzt und das Volumen des Gases entsprechend vermindert. Zudem wird das Volumen des in das erste Radialrad eintretenden Gases durch die Zwischenkühlung noch weiter vermindert. Infolge dieser Volumenverminderungen tritt die geringere Schluckfähigkeit radialer Räder nicht mehr störend in Erscheinung. Ferner wird auch durch die möglichst weit geführte Verdichtung in den axialen Niederdruckrädern in Verbindung mit der verlustarmen Überführung zwischen axialem und radialem Teil der Gesamtwirkungsgrad des Verdichters erhöht.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt.

Der Läufer 1 des Verdichters besitzt in einem ersten Teil sechs axiale Laufradkränze 2 bis 7 und in einem zweiten Teil drei radiale Laufräder 8 bis 10. Er ist durch ein Gehäuse 11 umschlossen, in dessen Zufuhrkanal 12 das zu verdichtende Mittel eingeführt wird, während das verdichtete Mittel durch den Kanal 13 abgeführt wird. Im axialen Teil enthält der Verdichter einen Schaufelträger 14, in welchem sieben Leitkränze 15 bis 21 gelagert sind. Jede Schaufel dieser Leitkränze be-

Sitzt eine im Schaufelträger gelagerte Achse, auf der in Rundnuten 22 des Einstellzyiinders 23 eingreifende Winkelhebel 24 sitzen. Der Verstellzylinder 23 ist unten mit einer Zahnstange 25 ausgerüstet durch welche der Verstellzylinder mittels des Ritzels 26 des Motors 27 j dem Betrieb entsprechend eingestellt werden kann.

Zwischen dem letzten axialen Laufradkranz 21 und dem ersten radialen Laufrad 8 ist ein mit dem Gehäuse Il verbundener Umlenkteil 28 angeordnet, welcher die axiale Strömung aus dem ersten Verdichterteil in eine radial nach außen gerichtete umlenkt. An dem Llmlenkleil 28 ist dann ein radial nach außen gerichteter und als Diffusor zur Wirkung kommender Kanal 29 angeschlossen, der seinerseits die Strömung über einen zweiten Umlenkteil 30 in einen radial nach innen ge- <$ richteten Kanal 31 führt. Schließlich mündet die Strömung nach nochmaliger Umlenkung in das erste diagonale Rad 8 ein. Der nach innen führende Kanal 31 ist mil Kühlelemenlen 32 ausgerüstet, welche die im axialen Verdiehterteil dem Verdichtungsmittel zugeführte Kompressionswärme abführen. Hierdurch wird das Verdichtungsmittel wieder gekühlt, so dall in der ersten radialen Slule schon das höchst mögliche Verdichtungsverhältnis ausgenutzt werden kann, ehe eine weitere Zwischenkühlung durch die Elemente 33 erfolgt. Auch nach der Verdichtung im anschließenden Rad 9 wird das Verdichtungsmittel erneut durch die Elemente 34 gekühlt, ehe der Enddruck durch das Laufrad 10 erreicht wird.

Die Elemente 32 besitzen zusammen eine größere Kühlfläche als die Elemente 33 und 34. weil durch den axialen Teil des Verdichters das Verdichiungsmittel auf die höchst zulässige Temperatur verdichtet wird, durch ein Radialrad aber nur die höchste Druckdifferenz einer solchen Stufe mit einer etwas geringeren Temperaturerhöhung entsteht.

Auch der als Diffusor zur Wirkung kommende radiaie Kanal 29 kann mit geeigneten Leitelementen ausgerüstet sein, die außerdem noch als Kühlelemente ausgebildet sein können.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentanspruch:

Mehrstufiger Verdichter, auf dessen Läufer einem axial durchströmten Niederdruckteil — dessen Stufen das Arbeitsmittel ohne Kühlung auf die höchst zulässige Temperatur verdichten — ein radial (bzw. diagonal) durchströmter Hochdruckteil folgt, wobei das Arbeitsmittel zwischen dem Niederdruck- und dem Hochdruckteil einen Zwischenkühler durchströmt, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem letzten axialen Laufschaufelkranz (7) und dem darauffolgenden ersten radialen (bzw. diagonalen) Laufrad (8) ein mit dem Gehäuse (II) verbundener, die axiale Strömung umlenkender, erster Umlenkteil (28) angeordnet ist, an den ein nach außen führender Kanal (29) anschließt, der seinerseits über einen zweiten Umlenkteil (30) in einen wieder nach innen führenden Kanal (31) eintritt, welcher in das erste radiale (bzw. diagonale) Laufrad (8) mündet und daß ferner mindestens einer der beiden Kanäle (29 bzw. 31) mindestens ein Kühlelement (32) enthält.